金属矿山

汪旭光, 吴春平

2022, 51(07): 2-6.

摘要 ( 1355 )

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工程爆破已经逐步发展成为独立、系统的研究领域。但是，现阶段爆破技术面临着理论未有根本性突破、爆破过程的多元异质信息难以获取、缺乏有效的爆破环境感知技术、爆破施工精度需要进一步提高、缺乏统一的数据交互与信息处理机制等瓶颈问题。这些问题阻碍了爆破技术向“精密控制”方向发展的步伐。近年来，信息化已成为时代潮流，以5G、人工智能、大数据、云计算等为代表的新一代信息技术，正加速与经济、社会各领域深入渗透融合。基于新一代信息技术以及我国爆破行业的发展趋势，作者提出了“智能爆破”发展方向。论文介绍了智能爆破产生的历史背景和新思维模式。

露天深孔台阶精细爆破技术研究进展

谢先启, 黄小武, 姚颖康, 何理, 伍岳

2022, 51(07): 7-18.

摘要 ( 1105 )

PDF (3836KB) ( 999 )

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21世纪以来，随着凿岩设备和爆破器材等新技术的进步与发展，露天爆破开采规模不断扩大，露天深孔台阶爆破技术进入了精细化的新阶段。近年来，露天深孔台阶爆破技术取得了较大的技术突破，创造了显著的社会效益和经济效益。基于精细爆破理念，总结叙述了露天深孔台阶爆破领域内智能爆破设计、露天凿岩设备、数码电子雷管、现场混装炸药、装药结构和起爆网路6个方面的研究进展。研究表明：①研发的智能爆破设计系统的种类较多，需结合生产实践加大推广力度，更好地辅助爆破工程设计；②我国露天凿岩设备的研发、制造能力相对发达国家还有很大的发展空间，需进一步提升凿岩设备自动化、智能化水平；③数码电子雷管和现场混装炸药提升了爆破器材的本质安全性，且有利于改善破岩效果和降低爆破振动；④装药结构和起爆网路是露天深孔台阶精细爆破技术的重要体现，但相关基础理论尚不完善，需加强多学科交叉融合，最终实现炸药能量的精确释放并提升能量利用率。在上述分析的基础上，总结了露天深孔台阶爆破技术的发展现状及存在的主要问题，并探讨了该技术的研究发展方向。

管廊燃气爆炸载荷特征及作用效应研究

钟冬望, 李腾飞, 何理, 杨志龙, 陈江伟

2022, 51(07): 19-26.

摘要 ( 91 )

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管廊燃气爆炸效应严重危及城市发展和社会生活稳定，研究燃气爆炸冲击波荷载特征及作用效应对管廊结构优化设计具有重要指导价值。设计开展了城市管廊燃气爆炸相似模型试验研究，分析了不同甲烷浓度情况下燃气爆炸冲击波时程曲线与压力分布特征。理论推导了燃气爆炸荷载作用下结构顶板位移响应峰值计算公式，并结合模型试验结果和数值仿真结果对位移响应理论计算结果进行了验证。结果表明：甲烷浓度为9.5%时，燃气爆炸超压峰值高于10%浓度，在此情况下，超压峰值大小取决于燃气爆炸时的浓度条件；在试验条件下燃气爆炸超压时程曲线升压时长为500～700 ms，超压作用时间约1 500 ms，爆炸超压作用时间与模型大小有直接关系；仓内各测点超压峰值分布均匀，可近似看作时变均布荷载。研究结果反映出，理论推导给出的顶板位移响应计算公式切实有效，可用于计算燃气爆炸荷载作用下的顶板最大位移值。

数码电子雷管在高瓦斯矿井岩巷爆破掘进中的应用

杨仁树, 鲍舟琦, 王雁冰, 胡少银, 谢平, 贺治浩

2022, 51(07): 27-34.

摘要 ( 432 )

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传统的电雷管只有5个段别，不能满足孔内分段技术对延期时间的要求。数码电子雷管采用电子控制模块，可任意设定爆破延期时间，最小延时时间可设为1 ms，满足瓦斯巷道130 ms内完成爆破过程的要求。另外，目前煤矿岩巷深孔爆破掘进中，由于炮孔底部岩石夹制作用增大导致出现炮眼利用率低等问题。基于数码电子雷管，应用孔内分段掏槽爆破技术，将原先掏槽孔内连续装药改为分段装药，实现了分段延时起爆。将新技术方案在淮南顾北煤矿进行了现场试验。结果表明：基于数码电子雷管，应用孔内分段技术，对比原方案单循环进尺提高了约0.7 m，炮孔利用率提高了约10%，平均块度减少了15%左右，且断面完整没有明显大块，为下一循环提供了良好条件。预估月进尺可由65 m提升至100 m，总体上提高了巷道掘进效率。作为数码电子雷管在井下岩巷掘进的先行试验，在高瓦斯情况下数码电子雷管仍可正常使用，可为今后类似岩巷的爆破掘进施工提供借鉴。

绿色爆破的爆炸能量转化机制

周桂松, 钟冬望

2022, 51(07): 35-41.

摘要 ( 136 )

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绿色爆破的本质是提高爆炸能量利用水平，尽量增加与破岩效果相关的有用功，减少有害功、无效功、热损耗和能量的散失。基于热力学原理，初步揭示了爆生气体作用下的爆炸能量转化机理，探究了爆生气体所携带内热能转化做功的阶段、条件、路径、代价和影响因素，建立了包含3次能量分配的爆炸能量转化过程物理力学模型。研究揭示了爆破近区、中区和远区的爆炸能量分布规律，分析了爆炸能量的4种最终主要转化形式：破岩做功、热交换损失、气体泄漏损失和动力学能损失，在此基础上初步探讨了绿色爆破的实现路径。

基于LoRa物联的远程智能起爆系统研发

李萍丰, 张金链, 徐振洋, 张兵兵, 杨飞, 李新

2022, 51(07): 42-49.

摘要 ( 118 )

PDF (2296KB) ( 585 )

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智能起爆系统是有效提升爆破安全管控水平的重要手段之一，现阶段，起爆系统仍存在因起爆能量不足或网路连接失误等难题。研发了基于LoRa物联的无线远程智能起爆系统，对比分析了LoRa技术与主流无线通信技术的区别，简述了智能起爆系统的安全控制及供电设计原理。LoRa通信技术与HM-TRLR-S433 MHz无线远程智能爆破系统具有通信距离远、抗干扰强、体积小等优点；GPS模块选用Air530Z模块，数码电子雷管的接收模块为Zigbee无线透传模块，采用MBus驱动电路将起爆信号发送至数码电子雷管，进而实现无线起爆。同时开展了不同距离、地形的无线远程智能爆破系统抗干扰及系统可靠性试验。结果表明：200~1 000 m的水平距离区间及50~100 m的高差区间内，系统均运行稳定，在电磁干扰、杂散电流干扰下，模块正常率超过90%，振动干扰满足设计要求，系统可靠性高达100%。实现了各个数码电子雷管独立运行，爆破区域智能管控，提高了爆破网路连接的效率与安全性，可以为智能爆破建设、科学管理与决策提供技术支持。

液态CO₂相变致裂器泄能头气孔压力研究

王伟, 李亚东, 郑永香, 尹超, 李朝博, 路小茜, 周星宇

2022, 51(07): 50-57.

摘要 ( 97 )

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采用CO₂相变爆破代替传统炸药爆破作为输入能量，对低渗砂岩铀矿层进行“爆破增渗”物理改造，对于提高我国天然铀产量具有十分重要的意义。目前工业化生产的CO₂致裂器主要针对煤岩开采等领域设计，在爆破增渗工况中适应性不佳。为此，对传统致裂器泄能头进行多孔设计、平衡各泄气孔压力，为设计出针对爆破增渗领域的“各气孔压力大且均匀”的致裂器提供理论参考。以RNG k-ε湍流模型为理论基础，基于计算流体动力学（CFD）对致裂器泄能头部分进行了数值仿真试验，分析了泄能头内的气体流动规律及压力分布特征，探讨了位置关系和孔径特征两个因素对泄气孔压力变化的影响规律。结果表明：为保持气孔压力的稳定输出，对称式分布的泄气孔优于交错式分布的泄气孔布置；同时，泄气孔直径设置为由首部至端部递增的非均匀式，可有效降低各气孔之间的压差。上述分析进一步表明：非均匀对称式的泄能头类型更符合爆破增渗的需求。

现场混装乳化炸药在巷道掘进爆破中的试验研究

郝亚飞, 薛里, 张小勇, 杨敏会, 肖青松

2022, 51(07): 58-63.

摘要 ( 117 )

PDF (3705KB) ( 676 )

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为了解决巷道掘进爆破采用包装炸药作业时的人工装药强度大、作业效率低、安全性差等问题，开发了模块化现场混装乳化炸药装药器，设计了末端敏化装置，开展了不同时间下的敏化技术研究，探究了采用现场混装乳化炸药实现光面爆破的方式。研究表明：模块化装药器的装药精度误差控制在±1.5%以内，很好地适应了单孔药量低的特点；采用末端敏化技术，结合不同浓度的敏化剂，实现了炸药密度稳定可控；将模块化装药器集成在工程车底盘，通过无线终端控制系统，装药效率提升了2.4倍，爆破效果良好，同时现场混装炸药光面爆破技术性能初步得以验证，整套技术可以有效代替传统包装炸药爆破作业方式。

电子雷管在岩巷爆破中掏槽孔微差时间试验研究及数值模拟

李洪伟, 黄昕旭, 吴立辉, 杨赛群, 管月强, 吴延梦

2022, 51(07): 64-72.

摘要 ( 257 )

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为研究直眼掏槽爆破掏槽孔与辅助孔间延期时间对掏槽爆破效果的影响，通过电子雷管的模型试验对不同延期条件下的槽腔形成过程和特点进行了研究。试验采用高速摄影仪对试块槽腔的形成过程进行观测，并利用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA对槽腔裂纹扩展进行了数值模拟分析。结果表明：① 在本模型试验条件下，延期时间为1~3 ms时掏槽孔与辅助孔之间的爆炸能量相互作用最紧密，并为辅助孔起爆提供了新自由面，降低了辅助孔起爆受到的夹制作用，爆破效果最佳。② 同时起爆时，相邻掏槽孔与辅助孔之间的岩体比掏槽孔包含的槽腔岩体破碎更充分。延期1 ms起爆时，掏槽孔与辅助孔之间的岩石受辅助孔爆炸冲击波作用瞬时移动速度达到最大，辅助孔起爆产生的裂隙范围也最大，掏槽效果最佳。③ 掏槽孔起爆超过1 ms后对槽腔岩体的影响逐渐消失，此时起爆辅助孔不利于掏槽孔与辅助孔之间爆炸能量相互叠加，降低了掏槽爆破效果。

延时间隔对爆破破岩的影响机制及应用研究

张西良, 仪海豹, 韩寒, 李二宝, 汪禹, 杨海涛, 周健

2022, 51(07): 73-79.

摘要 ( 87 )

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为优选适宜的微差延时间隔，指导生产爆破参数控制，采用仿真分析软件建立了二维和三维数值计算模型，研究了不同延时间隔对破岩量的影响规律，分析了延时间隔与破岩量和振动速度的关系，并开展了现场应用试验。研究表明：前后排起爆顺序不影响最佳延时间隔，但影响最终破岩量大小；随着延时间隔的增大，爆破破岩量呈现波动变化趋势，且延时10 ms时可以获得最大破岩量以及较大的振动速度；应综合考虑振动速度和破岩量两个指标，在建(构)筑物安全振动速度范围内，宜优先考虑爆破破岩量，以提高采场生产效率。现场应用后，爆破块度较为均匀，有效验证了优选参数的可行性和可靠性。

骨料矿山爆破粉矿率控制技术研究

叶海旺, 李兴旺, 袁尔君, 雷涛

2022, 51(07): 80-88.

摘要 ( 256 )

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控制爆破粉矿产率是减少骨料矿山矿石损失，促进骨料矿山高质量发展的重要途径。以某石灰石骨料矿山为例，首先通过矿山现场取样，开展了岩石动力学试验，结合破碎体筛分试验，分析了动载作用下石灰石破碎特征，讨论了控制粉矿产生的能耗密度范围和对应的动载强度范围。然后，以试验结果为依据，引入动载强度和质点振动速度峰值判据，开展了不同孔间延期时间台阶爆破数值模拟，以降低爆破粉矿产率为目标，并兼顾控制爆破大块产率，对孔间延期时间进行了优化。最后将优化后的延期时间用于矿山生产爆破，验证优化效果。研究表明：控制粉矿产生的合理能耗密度为1.85~2.05 J/cm³，对应的动载强度为200~205 MPa；数值模拟结果显示，延期时间为20 ms时，爆破粉矿率和大块率均较低，爆破效果最佳；矿山孔间延期时间调整为20 ms后，爆破粉矿率降低了6.12%，爆破大块率和平均破碎尺寸也相应减小。

矿山滑坡危岩体定向拆除抛掷爆破应急排险方法

胡斌, 贾雅兰, 李京, 魏二剑, 马利遥

2022, 51(07): 89-96.

摘要 ( 120 )

PDF (4309KB) ( 553 )

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矿山滑坡危岩体在极限状态下极易发生二次滑坡灾害，如何实现应急排险以及排险方法的安全有效性验证一直是困扰矿山企业的实际难题。以磨环凼西侧滑坡危岩体为研究对象，根据城市高层建筑定向拆除爆破的技术思路，提出一种定向拆除抛掷爆破应急排险方法，采用自下而上、由坡面向内逐孔毫秒微差爆破的方式，将滑坡危岩体定向抛掷到指定位置，以达到应急排险治理和方便采装运输的目的。考虑现场排险试验的不可逆性，采用离散元方法，建立等比例矿山危岩体爆破动力分析模型，利用炸点颗粒膨胀法模拟爆破作用，设置无反射边界，并对最终爆破排险效果进行分析，以提前验证该方法的可靠性。结果表明：以50 ms的起爆时差，由740 m—760 m—780 m平台、自坡面向内依次起爆时，大块率小，无根底，可将滑坡危岩体全部清除；危岩体最远抛掷距离为186 m，符合《爆破安全规程》（GB 6722—2014）的飞石安全距离规定，最大爆堆高度为22 m，主要堆积在坡脚685 m平台，可实现危岩体的安全快速采装运输。研究成果为该类“摇摇欲坠”的滑坡危岩体的安全快速治理提供了一种新的方法，具有一定的工程应用价值。

减振孔参数降振作用的灰色关联度分析

段宝福, 张正欣, 张春武, 孙宗军

2022, 51(07): 97-104.

摘要 ( 104 )

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矿山和隧道爆破会对邻近建筑物产生一定的振动危害，有必要在施工过程中探索可行的减振措施。在工作面设置减振孔是一种新型的主动减振技术，通过对减振孔的研究能够为矿山和隧道爆破设计提供合理的减振方案。结合现场实测和数值计算，对爆破施工过程中减振孔的减振作用规律进行了分析，运用灰色关联度理论，确定了减振孔参数对减振效果的影响程度，各参数影响减振作用的主次关系为：减振孔孔缘距＞减振孔距爆源的距离＞减振孔孔径＞减振孔孔深＞双排减振孔排距。结合数值计算和现场施工效果的综合分析，发现施工过程中减振孔孔缘距120 mm、减振孔距爆源的距离2 000 mm、减振孔孔径120 mm以上、减振孔孔深1 200~1 500 mm、双排减振孔排距50~100 mm，能够取得较好的减振效果。数值模拟、灰色关联度分析和实测数据的分析结果在减振效果方面表现出了很好的一致性，能够为矿山和隧道爆破施工提供一种可供参考的减振技术，对于类似工程的爆破方案设计与振动控制有一定的参考意义。

基于品位控制模型的露天铀矿爆破流程优化

蔡兴琪, 董文明, 谭期仁, 喻智, 毕林

2022, 51(07): 105-112.

摘要 ( 116 )

PDF (2802KB) ( 549 )

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湖山铀矿矿体形态复杂、厚度不稳定且有用组分分布不均，采用露天开采方法，利用地质资源模型进行爆区的爆破设计时，受限于模型精度低，矿、废石界线不够准确，时常达不到预期的爆破效果，导致采矿贫化率和损失率偏高。品位控制模型是基于单个爆区的炮孔品位数据进行创建，模型精度较高，可较为准确地反映该爆区矿、废石的实际分布情况，可为爆破设计提供可靠依据。由于炮孔品位数据仅在钻孔、测井之后获得，故需对传统的爆破流程进行优化。在爆区矿、废石界线清晰，且各自分布相对集中的情况下，可通过改变爆破装药量、装药结构以及连线方式等手段，有助于实现矿、废石爆破分离，进一步降低采矿贫化率和损失率。从品位控制模型研究入手，对传统爆破流程进行了优化，并选择合适的爆区进行了分离爆破试验，结果显示：爆破流程优化后可有效降低爆区的贫化率。研究表明：基于品位控制模型对湖山铀矿进行爆破设计流程优化，可有效改善采矿质量和效率，基本满足现代矿山精细化管理的要求。

矿用条形药包轴向爆轰波碰撞聚能特性研究

缪玉松, 郭建, 陈翔, 王海亮, 张义平, 孙博闻

2022, 51(07): 113-119.

摘要 ( 93 )

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针对矿用条形药包爆破坚硬岩石时，常出现大块率高、留有爆破根底的情况，提出了一种改变条形药包爆轰压力分布的双线性对称起爆技术。采用数值模拟与标准试验相结合的方法，分析了双线性对称起爆下条形药包轴向爆轰波的传播特性。研究表明：采用双线性对称起爆时，爆轰波依次产生正反射、斜反射和马赫反射现象，爆轰压力可达到中心点起爆时稳定爆轰压力的1.75倍以上；在药卷中心与起爆点连线相垂直的截面边缘上，爆轰压力值可达到稳定爆轰压力的4.09倍以上；在32~80 mm药卷直径范围内，爆轰波碰撞聚能效果随着药卷直径的增大而增大。与铅壔试验结果对比表明：采用双线性对称起爆时，炸药做功能力相较于中心点起爆方式可提升14.5%（铅壔试验）和17.1%（数值模拟）。研究结果对于爆轰波碰撞聚能机理研究有一定的参考意义，可为降低爆破根底和提升炸药能量利用率提供新思路。

矿山井巷掘进爆破参数优化设计及其三维可视化研究

朱权洁, 张震, 梁娟, 张教福, 刘晓辉, 王志帅

2022, 51(07): 120-127.

摘要 ( 121 )

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针对矿山井下掘进爆破参数设计工作量大、二维图纸不直观等现状，开展了巷道掘进爆破参数优化设计及其三维可视化研究。首先利用粒子群优化算法与神经网络算法，建立了井巷掘进爆破参数优化设计模型，计算获得了待开挖巷道的最佳爆破参数；其次依据爆破钻孔参数及其特点，提出了爆破钻孔三维模型的参数化表征方法，形成了基于参数化的钻孔三维模型自动构建方法；最后以优化设计的爆破参数为基础，自动生成了爆破钻孔三维模型（含装药结构等细节），实现了钻孔三维模型的旋转、缩放、图层显示等交互操作。以山东某矿为工程背景开展了相关研究，结果表明：由优化模型得出的爆破参数与成功案例爆破参数相比误差小，对比指标MAE、RMSE、R2分别为0154、0096、0914；所构建的爆破钻孔三维模型质量高，可直观描述爆破钻孔空间分布、装药结构等信息。

基于压电信号的水下钻孔爆破损伤监测试验

司剑峰, 钱博, 钟冬望, 何理, 陈江伟

2022, 51(07): 128-135.

摘要 ( 94 )

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借助水下爆炸容器模拟40 m水深环境，通过两组不同装药结构的水下混凝土模型进行同药量的单次爆破损伤试验。在爆破前、后分别采用压电陶瓷传感器主动监测法对混凝土试样沿炮孔中轴线方向进行了关键点的主动信号采集。通过对监测点信号的峰值、能量统计分析发现，沿炮孔方向接收信号逐渐增强，在炮孔底部近区接收信号的峰值和能量出现明显突变，对比不同装药结构下的突变点位置可看出炮孔底部装有高阻抗球和粗砂的试样,其突变点明显提前，表明其对炮孔下部保留混凝土部分的损伤深度小。最后结合EMD方法探究了爆破前后压电信号的频率规律。研究表明：水下消能爆破技术能够有效减弱钻孔爆破对基岩岩体的损伤，基于压电信号的损伤监测方法可用于水下钻孔爆破中岩体损伤深度监测。

考虑细观特征的红砂岩动态损伤与破碎的能量耗散

徐振洋, 张久洋, 王雪松, 郭连军, 刘鑫

2022, 51(07): 136-144.

摘要 ( 78 )

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从细观角度深入探讨岩石动态力学特性，是理解岩石爆破破碎机理的方式之一。采用分离式霍普金森压杆对围压作用下的红砂岩试件进行动态加载，以孔隙率变化表征细观特征，基于能量耗散指标研究了红砂岩动态损伤与破碎的能量耗散。结果表明：冲击次数总体趋势是随着气压的增加逐渐减少，试件破碎前能量耗散增加，并没有明显的回弹；在第3次冲击或第4次冲击时，动态特性存在差异；在初始冲击中，孔隙度由中孔、大孔闭合到微孔，随着冲击载荷的增加，微孔孔隙度差值的峰值向后移动。

基于粒子群—最小二乘支持向量机模型的矿山爆破振动速度预测

何理, 刘易和, 李琳娜, 陈江伟, 姚颖康, 刘昌邦

2022, 51(07): 145-150.

摘要 ( 92 )

PDF (1542KB) ( 554 )

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爆破地震危害是矿山开采过程中最为显著的负面效应之一，准确预测质点峰值振动速度（PPV）对于有效预防爆破振动引发的建（构）筑物失稳破坏具有极大的工程实际意义。设计并开展了露天矿山开挖爆破现场监测试验，采用灰色关联分析法对PPV影响因素进行敏感性分析，确定各影响因素之间的主次关系。在此基础上，建立最小二乘支持向量机（LS-SVM）模型对PPV进行预测，并通过粒子群算法（PSO）局部寻优确定LSSVM模型中正则化参数和核函数宽度系数的最佳参数组合，最后将PSO-LSSVM模型预测结果与BP神经网络模型、LS-SVM模型及传统萨道夫斯基公式的预测结果进行了对比分析。结果表明：PSO-LSSVM模型对PPV预测的拟合相关系数（R2）、均方根误差（RMSE）、平均相对误差（MRE）及纳什系数（NSE）分别为97.38%、2.68%、1.36%和99.98%，PSO-LSSVM模型预测精度更高，且具有更好的泛化能力，用于多因素影响下的矿山爆破PPV预测切实可行。

露天矿掘沟爆破的爆炸水雾场降尘技术研究

黄毅伟, 王德胜, 郭宾, 李永华, 王宏飞, 丁科

2022, 51(07): 151-157.

摘要 ( 106 )

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由于露天矿掘沟爆破的孔网参数小、炸药单耗高，与正常台阶爆破相比，露天掘沟爆破产生的粉尘浓度更高、扩散速度更快、污染危害更大。传统爆区地表洒水预浸润的方法仅能湿润浅表岩体，并且受爆破飞石、冲击波等有害效应影响，矿用水炮车等远程喷淋降尘方法无法与爆破产尘同步实施。此外，爆破粉尘扩散后的被动治理难度大、效果差。通过Fluent数值模拟研究露天矿掘沟爆破粉尘的生成及初期扩展特性，提出了在掘沟爆区四周布设爆炸水雾场实施就地降尘的技术方案。通过爆炸水袋及爆炸水雾场定型正交试验，确定了爆炸水袋构成及爆炸水雾场的空间尺度及滞空时间等重要降尘技术参数。在白云鄂博铁矿现场降尘试验中按照“四周拦截、同步生成、就地吸附”的原则布设了爆炸水雾场，现场高速摄影分析表明：爆炸水雾场在爆破蘑菇粉尘云形成初期高速生成，对爆破粉尘实施就地拦截和同步吸附，实现了源头降尘的环保目标。测试结果显示：爆破粉尘的质量浓度降低了40%，为低粉尘掘沟爆破和露天矿山绿色开采提供了一种新的环保型技术。

露天台阶爆破粉尘的爆炸水雾场拦截降尘技术研究

马超, 王德胜, 郭宾, 李永华, 王宏飞, 丁科

2022, 51(07): 158-163.

摘要 ( 129 )

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露天台阶爆破粉尘具有瞬时性、浓度高和扩散快等特点，危害采场作业人员身体健康，增加机械设备进风系统损耗，并污染周边大气环境。由于爆破飞石和冲击波等危害使人员、设备无法靠近爆区污染源，导致传统洒水降尘措施无法同步实施。采用数值模拟与现场试验相结合的方法研究爆炸水雾降尘，结合白云鄂博铁矿实际情况，建立了露天台阶爆破三维流场模型，分析了爆炸水雾场及爆破粉尘生成的技术特性。依据爆炸水雾场和爆破粉尘模拟结果，提出了爆炸水雾场拦截降尘的技术方案，确定了水袋在台阶坡面前16~21 m的合理布置范围，得到了爆破粉尘横向动态运移轨迹和时间之间的函数关系，确定了水袋合理激发延期时间，即Δt=t-1.21。利用SPSS软件对水雾定型试验结果进行了极差分析，确定了水袋规格和爆炸荷载优化组合。试验显示，爆炸水雾场生成空间尺度达18 m×8.7 m，水雾至最大空间尺度用时1.2 s。现场爆破降尘试验结果表明：在台阶坡面前18.5 m位置铺设水袋，设置其激发合理延时1 100 ms，测得距爆区50、100 m处粉尘浓度分别降低了43.6%、40.9%，实现了爆炸水雾场与爆破作业的同步实施，降尘效果显著。

某磁铁精矿内配碳直接还原试验研究

朱超波, 黄自力, 杨福, 袁晨光, 刘楚玉, 黄涛, 肖硕

2022, 51(07): 164-169.

摘要 ( 78 )

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为探究直接还原铁新工艺并提高产品质量，以全铁含量为64.71%的某低硫磁铁精矿为原料，糊精为有机粘结剂，采用内配焦炭制备生球团，在氮气的保护下进行还原焙烧试验。结果表明：在焦炭用量为20%、还原温度为1 150 ℃、还原时间为1 h、糊精添加量为1%、磨矿细度为-0.074mm占80%、磁场强度为80 kA/m的条件下，可获得全铁含量为92.67%的直接还原铁产品，此时铁回收率为95.74%；内配1.6%的碳酸钠后，直接还原铁产品的全铁含量达到93.55%，提升近一个百分点，而铁回收率降至94.20%。SEMEDS分析显示直接还原铁产品晶粒较大，金属铁衍射峰明显，可作为电炉炼钢中替代废钢的优质原料。

某氰化尾渣预氧化—蓄热还原同步提铁试验研究

赵羚伯, 赵冰, 高鹏, 董再蒸

2022, 51(07): 170-174.

摘要 ( 116 )

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辽宁新都黄金选金焙烧氰化尾渣总氰含量719 mg/kg，尾渣中铁矿物主要以赤铁矿的形式存在，TFe品位为35.08%。采用预氧化—蓄热还原同步提铁技术处理氰化尾渣，可实现在氰化物高效分解的同时回收铁精矿。研究结果表明，将氰化尾渣样品预先在550 ℃的空气气氛下焙烧25 min，可将氰化尾渣中的总氰含量降至检出限以下，同时完成对氰化尾渣的蓄热。将预氧化处理后的尾渣在还原温度560 ℃、还原时间30 min、CO浓度40%、总气量500 mL/min的条件下进行蓄热还原试验。焙烧产品使用棒磨机磨至-0.038 mm占82.02%，后在磁场强度143.28 kA/m条件下进行弱磁选，最终得到TFe品位58.94%，回收率89.93%的铁精矿。该工艺不仅将氰化物有效分解，还实现了氰化尾渣中铁矿物的高效回收利用。

细粒赤铁矿对淀粉与石英吸附特性影响及机理研究

张伦旭, 孙博远, 金丹, 马艺闻

2022, 51(07): 175-180.

摘要 ( 90 )

PDF (2071KB) ( 498 )

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通过不同粒度赤铁矿、石英单矿物及两者混合矿与淀粉抑制剂的吸附作用试验，结合FT-IR、AMF检测分析及表征，旨在分析细粒赤铁矿对石英与淀粉作用影响，为鞍山式细粒赤铁矿浮选过程的优化提供理论指导。试验结果表明：当吸附温度为35 ℃、矿浆pH值为11.5、淀粉浓度为3 g/L、吸附时间为5 min时，淀粉与赤铁矿、石英作用差异最大；随着淀粉浓度的增加，-0.037 mm粒级的细粒赤铁矿与其吸附作用强度明显增强；淀粉在赤铁矿表面发生了以范德华力为主的多分子层物理吸附，在石英表面的发生了多分子层的物理吸附，且存在吸附滞后现象。-0.045 mm的细颗粒赤铁矿含量为34.6%~88.4%时会削弱淀粉的抑制作用，导致铁精矿进入尾矿，降低浮选指标。

某低品位沉积型海泡石提纯试验研究

侯凯, 郑承辉, 张俊华, 杨华明

2022, 51(07): 181-186.

摘要 ( 75 )

PDF (1667KB) ( 495 )

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湖南某低品位沉积型海泡石矿中海泡石品位为28.9%，主要脉石矿物为石英、滑石和方解石。为尽可能提高矿石中海泡石品位，简化选矿流程，依据原矿性质，确定采用水浸—筛分—分散—沉降的工艺流程进行选矿试验研究。原矿经水浸后，用筛孔尺寸为74 μm的筛子筛分，将筛分得到的细粒级产品进行分散试验，经分散条件优化后，确定了适宜分散剂种类为焦磷酸钠，适宜的添加量为0.8 g/L，分散固液比为1∶10 mg/L，分散时间为20 min，分散机转速为2 000 r/min，矿浆pH值为9。全流程试验最终获得海泡石精矿品位92.77%，富集比3.21，实现了该海泡石矿资源的高效提纯。

CMC浮选分离萤石与方解石作用机理研究

马强, 李育彪, 李万青, 杨旭

2022, 51(07): 187-192.

摘要 ( 188 )

PDF (1823KB) ( 519 )

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为了更有效地浮选分离萤石和方解石，通过浮选试验、接触角、Zeta电位、吸附量及微量热分析，研究了羧甲基纤维素（CMC）在萤石、方解石浮选分离中的作用，揭示了CMC对萤石、方解石选择性抑制机理。结果表明：CMC用量为20 mg/L时能够高效抑制方解石，当pH=8时，可最大化实现两者浮选分离。由于CMC优势组分—RCOO—大量吸附于方解石表面，使得方解石表面只能吸附较少油酸根离子，同时造成方解石Zeta电位显著负移，使其亲水增强，这与接触角测试结果一致。吸附模型表明，方解石表面Ca²⁺活性位点大量减少，难以继续吸附油酸根离子，是其被抑制的主要原因，且体系反应级数n=1。

西南地区某高泥堆积型铝土矿选矿试验研究

窦增文

2022, 51(07): 193-197.

摘要 ( 185 )

PDF (1627KB) ( 507 )

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西南地区某高泥堆积型铝土矿中Al₂O₃、SiO₂含量分别为47.25%、10.86%，铝硅比为4.35；主要目的矿物为硬水铝石，主要脉石矿物为高岭石，其他金属矿物有赤铁矿、针铁矿以及锐钛矿等。矿石中矿物的共生关系较为复杂，目的矿物嵌布粒度不均，单体解离度不高；铁、钛矿物与铝矿物之间紧密共生，难于实现有效分离。针对该矿石采用全泥正浮选的选矿工艺，以氢氧化钠为调整剂、水玻璃为抑制剂，EMB-506为捕收剂，在磨矿细度为-0.074 mm占70%的条件下，闭路试验可获得Al₂O₃品位为51.62%，SiO₂品位为6.05%，铝硅比为8.53，Al₂O₃回收率为86.66%的浮选精矿。该工艺流程结构及浮选药剂制度简单，所得浮选精矿达到了拜耳法生产氧化铝对给料的要求。

铝土矿选洗矿泥混凝沉降试验及机理研究

韦桥权, 成官文, 张宇玲, 张正林, 黄振艺, 农国武

2022, 51(07): 198-205.

摘要 ( 72 )

PDF (2250KB) ( 499 )

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铝土矿选洗矿泥具有颗粒细小、带负电、呈流态状、pH呈弱碱性等特点，难以自然沉降。为改善矿泥的混凝沉降效果，以平果铝业三期矿泥为研究对象，考察了聚合氯化铝（PAC）、聚合氯化铁（PFC）和聚丙烯酰胺（PAM）对矿泥的混凝沉降性能，并对其作用机理进行了研究。结果表明：投加PAC或PFC使矿泥体系pH降低、电导率升高、矿泥颗粒Zeta电位增大、粒径变小，沉降效果较差，PAC或PFC不适合作为该铝土矿矿泥的混凝剂；阴离子型聚丙烯酰胺（APAM）主要利用极性基团—CONH₂与矿泥中的高岭石和一水硬铝石发生氢键作用，矿泥混凝沉降效果明显，适宜投加量为40～60 g/t，最佳投加量为60 g/t；非离子型聚丙烯酰胺（NPAM）主要利用大分子链缠绕包裹作用，矿泥混凝沉降效果较明显，适宜投加量为50~70 g/t，最佳投加量为70 g/t；阳离子型聚丙烯酰胺（CPAM）主要利用静电吸附作用对矿泥颗粒进行吸附，矿泥混凝沉降效果一般，适宜投加量为60~80 g/t，最佳投加量为80 g/t。

云南某高硫低品位铅锌矿工艺矿物学研究

吕超, 张晶, 杨林, 张曙光

2022, 51(07): 206-211.

摘要 ( 79 )

PDF (3333KB) ( 495 )

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云南某高硫铅锌矿是现采矿区下部发现的新矿体，为确定合理的开发工艺流程，采用化学分析、显微镜观测、MLA分析等方法对矿石进行了系统的工艺矿物学研究。结果表明：① 矿石中有价元素主要为Pb、Zn、Fe和S，含量分别为3.20%、3.04%、26.36%和30.84%，属于高硫低品位铅锌矿石；② 矿石组成复杂，约有26种组成矿物，有用矿物主要为黄铁矿、方铅矿和铁闪锌矿，脉石矿物主要为石英、高岭石和蒙脱石等；③ 矿石具稠密浸染构造、块状构造、脉状构造，矿物主要具包含结构、自形—半自形—他形粒状结构、乳浊结构、内部解理结构等；④ 主要矿物嵌布特征复杂，黄铁矿、方铅矿和铁闪锌矿共生关系紧密，且相互包裹现象明显。矿石中矿物嵌布关系复杂，同时有用矿物含量差异大，这是不利于矿物分选的主要因素之一。推荐的选别流程为铅硫等可浮选+铅硫分离—锌硫等可浮选+锌硫分离。

搅拌磨机磨矿工艺参数对产品粒度特征的影响

李国峰, 李椿楠, 栗艳锋, 刘立伟

2022, 51(07): 212-218.

摘要 ( 119 )

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搅拌磨机具有低耗能、高效率的特点，有望取代传统球磨机成为铁矿石细磨作业的主要设备。为充分了解搅拌磨机磨矿工艺参数对粉磨产品各粒级粒度特征的影响，采用立式螺旋搅拌磨机对弓长岭选矿厂再磨给矿进行粉磨试验，通过NKT6100-D激光粒度分析仪检测粉磨产品的累计粒度特征和粒度分布特征，并结合R—R粒度特性方程对产品粒度进行分析，系统考察了磨矿工艺参数对产品粒度特征的影响规律。结果表明：在介质配比m（φ5 mm）∶m（φ3 mm）=2∶3、矿浆浓度65%、料球比0.6、充填率70%、搅拌器转速450 r/min时，粉磨产品粒度较细且分布相对均匀，其-0.043 mm粒级含量为92.23%，均匀性系数n为1.177 7，颗粒特征参数b为0.031 4。研究成果对提高粉磨产品合格粒级产率具有一定的指导意义。

预水化膨润土防水毯的制备及防渗机理研究

廖敏, 管俊芳, 郑长文, 李银, 杨成亮, 丁定

2022, 51(07): 219-224.

摘要 ( 181 )

PDF (2738KB) ( 523 )

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为探究改性和混炼工艺对预水化膨润土防水毯（DPH-GCL）防渗效果的影响，以新疆夏子街膨润土为原料，天然雨水为渗漏的水介质，进行了不同制备工艺条件下DPHGCL的渗滤试验，确定了适宜的制备工艺，并通过显微镜、FTIR及XRD分析防渗机理。结果表明：① 改性混炼复合工艺的C型毯防渗效果最好，改性剂用量方案为：2 g酰胺类聚合物单体Ⅰ、0.15 g引发剂Ⅱ和0.07 g引发剂Ⅲ，仅改性处理的B型毯防渗效果稍次，未经改性混炼处理的A型毯防渗效果最差。② 3种DPH-GCL适宜的覆膜时间和压力分别为：A型毯5 min、5 MPa，B型毯5 min、1 MPa，C型毯1 min、1 MPa。③改性和混炼工艺均会影响膨润土的连接状态，改性后膨润土颗粒表面疏水，混炼增强膨润土水化能力，膨润土能更多地吸附溶液中水分子及其他离子，并且颗粒之间更密实，结构更稳定。

双功能菌群在金属矿区黄药、镉复合污染土壤修复中的应用

林海, 秦康佳, 董颖博, 李冰, 侯学文, 唐亚鲁

2022, 51(07): 225-232.

摘要 ( 75 )

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金属矿区典型浮选药剂黄药和重金属Cd具有易蓄积、高迁移等特性，导致矿区周边土壤产生严重复合污染，但目前仍缺乏对于其进行高效、绿色修复的技术。对双功能菌群SDMC修复丁基黄药和Cd复合污染土壤的效果及其对土壤微生物特征的影响进行了研究，结果表明，菌群SDMC对污染土壤中丁基黄药降解率、Cd矿化率分别达到63.34%、71.83%，具有良好的修复效果。同时发现菌群修复对土壤微生物丰度、酶以及代谢活性均表现出显著的促进作用，与未修复土壤相比，土壤微生物丰度、过氧化氢酶、脲酶、蔗糖酶活性以及AWCD分别提高了9、1.22、5.92、1.15和1.18倍；具有降解矿化复合污染物作用的芽孢杆菌属、生丝微菌属和假单胞菌属的相对丰度分别提高了43.75个百分点、21.32个百分点和4.25个百分点，表明该菌群已成为修复优势菌。研究结果为金属矿区黄药和Cd复合污染土壤修复提供了一种新的方法。

天然黄铁矿活化过硫酸盐降解阿特拉津性能及影响因素

涂志红, 周姝, 吴奇, 肖秋东, 宋波, 何慧军, 刘崇敏, 刘杰, 党志

2022, 51(07): 233-239.

摘要 ( 170 )

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阿特拉津（atrazine,ATZ）作为一种常见的除草剂被广泛应用于农业生产中，但因其毒性强、易残留等，现已成为水体中检测率极高的污染物之一，给生态环境以及人类健康带来了巨大的危害。选用环境友好、来源广泛的天然黄铁矿（pyrite,FeS₂）来活化过硫酸盐（persulfate,PS）降解水中ATZ并探讨了天然水体中常见的8种无机离子：NH₄⁺、Cu²⁺、Mn²⁺、HCO₃^-、CO₃^2-、H₂PO₄^-、NO₃^-、Cl^-和腐殖酸（humic acid,HA）对该体系降解ATZ的影响。电子顺磁共振波谱仪（electron paramagnetic resonance,EPR）检测发现黄铁矿活化PS产生的强氧化性自由基·OH和SO₄^-·是氧化去除ATZ的主要原因。此外，8种无机离子对pyrite/PS体系降解ATZ均具有不同程度的抑制作用且抑制效果最强的3种无机离子从大到小依次为CO₃^2-、HCO₃^-、H₂PO₄^-。HA对ATZ的降解具有轻微抑制作用。常见的金属螯合剂如EDTA、柠檬酸钠和草酸因易与黄铁矿产生的Fe²⁺络合，降低了黄铁矿活化PS的性能，从而显著抑制ATZ的降解。利用黄铁矿活化PS可实现尾矿资源的再利用，研究结果可为pyrite/PS降解ATZ的实际应用提供一定的理论依据。

细粒级金属尾砂的综合利用及在矿山充填中存在的问题和对策

刘娟红, 周在波

2022, 51(07): 240-249.

摘要 ( 160 )

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基于细粒级尾砂应用现状，结合细粒级尾砂筑坝堆存安全隐患大的问题和国家“十四五”规划的长期目标，探讨了尾砂综合利用及矿山充填中存在的问题和对策。针对细粒级尾砂在建筑材料中利用率低的问题，阐述了将尾砂应用于生态胶凝材料、水泥基材料以及混凝土掺合料的方法；针对细粒级尾砂浓密后底流浓度低，制备充填材料工作性和力学性能差的问题，提出了改善动态浓密的浓密增效剂，改善泌水的固水材料，改善力学性能的晶核材料以及研究了减水剂与微珠对输送性能的改善效果，并阐述了作用机理；探讨了金属尾矿研究中的不足与今后综合利用的对策。分析结果为细粒级金属尾砂的综合利用及解决矿山充填中存在的问题提供了技术和理论支撑。

钢渣中非稳定性物质微观结构和性能的研究现状与展望

李恩硕, 胡晨光, 苏航, 付佳伟

2022, 51(07): 250-258.

摘要 ( 85 )

PDF (1352KB) ( 544 )

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钢渣中f-CaO、f-MgO和RO相等非稳定性物质是影响其安定性的主要物质，限制了钢渣大规模资源化利用。直接法研究表明：在中、高碱度钢渣中存在大量的大尺寸球形呈聚集分布的f-CaO，降低碱度和气淬、热焖等处理方式可降低f-CaO含量和颗粒尺寸；化学合成CaO法研究表明，Fe和Mn离子掺杂会使f-CaO致密度升高，晶粒尺寸减小，其中Mn²⁺对晶粒尺寸减小作用更强。进一步论述了钢渣中f-CaO水化特性、钢渣体积膨胀率，以及f-CaO水化膨胀的相应数学模型和钢渣集料体积膨胀演化模型，压蒸粉化率与单粒径钢渣膨胀力的相互关系等进展。之后，综述了钢渣中f-MgO和RO相微观结构和水化特性，结果表明：钢渣碱度增加可促进方镁石形成，有利于MnO固溶到MgO-FeO固溶体；RO相水化活性与碱度、KM=nMgO/n(FeO+MnO)直接相关，钢渣中RO相并非稳定，当KM≥1时可能造成稳定性破坏。最后，指出了今后的研究方向：在不同钢渣碱度、处理工艺、陈化时间、水化程度等因素下，非稳定性物质在钢渣中水化反应速度、离子传输过程、显微结构层面力的传导机制；钢渣中活性矿物水化产物离子对非稳定性物质水化过程影响及其与钢渣膨胀特性、长期稳定性的关系；钢渣稳定性的判定标准、评价方法与其长期稳定性的关系。

选冶固废制备陶粒技术研究现状及展望

张云昊, 柴轶凡, 安胜利, 武佳毅, 王艺慈

2022, 51(07): 259-266.

摘要 ( 78 )

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相关文章 | 计量指标

随着我国社会经济的不断发展，工业体系日趋完备，在矿产资源开发利用过程中产生了大量选冶固废，占我国工业固废产生量的60%以上。开发选冶固废协同制备陶粒技术是实现大宗选冶固废资源化利用的途径之一，在保护环境的同时获得良好的经济效益。系统阐述了陶粒制备工艺及原理，介绍了不同类型陶粒产品的主要用途，同时对选冶固废制备不同类型陶粒的技术进展进行讨论。最后从技术开发、多源固废协同处理、产学研用结合3个方面对选冶固废资源循环利用提出了展望及建议。

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